储炬:氮源在工业发酵中的重要调控作用

由中国微生物学会生化过程模型化与控制专业委员会主办的 “2016工业生物过程优化与控制研讨会”,于4月16-17日，在宜昌召开会议。有300多位专家学者和技术人员参会。来自华东理工大学的储炬教授作了关于氮源在工业发酵中的重要调控作用的主题报告,储教授结合实例对氮源在发酵工业中作用,进行了深入浅出的阐述,使与会人员获益匪浅。

工业培养基主要由碳源、氮源、无机盐及其他补充剂组成。氮源主要用于构建菌体细胞物质（氨基酸、蛋白质和核酸等）和含氮代谢物，按氮源的组成将其划分为有机氮源和无机氮源。常用的有机氮源有花生饼粉、黄豆饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、酵母膏、鱼粉、尿素等。有机氮源中含有的大量蛋白，其利用有赖于菌体蛋白酶的分解作用。除了蛋白质物质，储教授指出有机氮源还含有丰富的多肽和游离氨基酸外，少量糖类、脂肪、无机盐、维生素及某些生长因素，因此微生物在富含有机氮源的环境中，能生长旺盛，菌浓增长迅速。储教授进一步说明了，有机氮源在发酵调控中的作用：（1）促进生长，调节初级代谢及次级代谢的通量；（2）控制合适水平，启动次级代谢产物形成；（3）控制生长速率，影响菌型形成，从而影响发酵液流变特性；（4）影响供氧水平，增加功率消耗。由于不同菌种对不同氮源的利用度、利用速率不同，氮源需要选择与筛选。在生产实践中，需要着重研究无机氮源与有机氮源的组合，不同有机氮源的组合与搭配，以及碳与氮源的搭配，实现发酵效率的最大化。

储教授结合红霉素基因工程菌发酵过程，讲述了基于碳氮磷利用速率动态调控。玉米浆质量不稳定引起红霉素产量波动大，采用质量相对稳定的酵母浸粉代替玉米浆，使发酵水平提高了20.6%。测试了不同氮源下淀粉酶和蛋白酶活性，发现采用新型速效有机氮源后，红霉素产生菌胞外淀粉酶和蛋白酶活力大大提高，菌体对淀粉和黄豆饼粉的利用能力增强，促进了效价提高。新型速效氮源解决了玉米浆质量不稳定引起红霉素产量波动大的问题。储教授还通过调节无机铵盐、无机磷、有机氮源的浓度，成功实现了降低发酵液粘度和葡萄糖消耗速率，同时提升了红霉素A的水平。同时，储教授指出无机磷和有机氮源中的磷在红霉素发酵过程的重要作用。

最后，储教授结合辅酶Q10、工业糖化酶、海藻糖合成酶、莫西菌素、头孢菌素C及土霉素发酵，探讨了迟效和速效氮源的搭配，培养基替代成本分析，不同有机氮源对成品的影响，及培养基优化等相关问题。受到与会人热切关注。